KR100439827B1 - 차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치에 관한 것으로서, 엔진의 고회전시 에어컨 콤프레서의 마그네틱 클러치를 OFF 하여 엔진의 동력소모를 방지하는 동시에 이때의 알터네이터로부터 얻어지는 잉여전기로 에어컨 콤프레서를 구동시키는 방식을 채용함으로써, 에어컨 콤프레서의 구동과 관련한 엔진의 출력저하를 막고 알터네이터의 잉여전기를 효율적으로 활용할 수 있도록 한 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치{variable driving unit of compressor for automobile}

본 발명은 차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내의 온도가 일정수준 이상이고 엔진의 회전수도 일정치 이상일 때에는 엔진측 동력을 차단하고 대신에 알터네이터의 잉여전기를 이용하여 에어컨 콤프레서를 작동시킬 수 있도록 한 가변식 에어컨 콤프레서를 제공함으로써, 엔진의 구동력 소모를 방지하고 알터네이터의 과잉발전으로 인한 비효율적인 측면을 배제할 수 있도록 한 차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 실내를 시원하게 식혀주는 에어컨 시스템은 에어컨 콤프레서에서 냉매를 압축하여 고온/고압 상태로 만들고, 이러한 고압/고온의 냉매는 리시브 드라이버를 거쳐 에어컨 콘덴서에서 냉각된 후, 익스펜션 밸브를 거쳐 실내의 이베프레이터를 지날 때, 이베프레이터의 뒷편에서 블로어에 의한 바람이 불면, 이베프레이터의 냉매가 증발되면서 주변의 공기온도를 급격히 냉각시키게 되고, 이렇게 차가워진 공기를 블로어가 실내로 불어서 시원한 바람이 공급되게 하는 시스템으로 이루어져 있다.

여기서, 증발된 냉매는 다시 에어컨 콤프레서로 환원되고, 또 다시 압축되는 과정을 거치게 된다.

차량의 에어컨 콤프레서는 엔진의 크랭크 풀리에서 나오는 동력에 의해 구동된다.

예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 에어컨 콤프레서 풀리(10)는 고무재질의 벨트(11)를 통해 엔진의 크랭크 풀리와 연결되고, 에어컨 콤프레서 풀리(10)에는 마그네틱 클러치(12)가 장착되어서, 이베프레이터에 내장되는 온도감지센서(13)에서 감지되는 온도가 일정치(4℃) 이상일 때에는 전기회로가 연결되면서 마그네틱 클러치(12)가 접속되므로, 에어컨 콤프레서 풀리(10)와 에어컨 콤프레서 축(13)이 연결되면서 에어컨 콤프레서(14)가 구동된다.

이와는 반대로 온도가 일정치 이하일 때에는 에어컨 작동스위치(15)가 ON 상태일지라도 온도감지센서(13)의 감지온도를 받아서 계산하는 컨트롤 유니트(16)에 의해 마그네틱 클러치(12)로 연결되는 전원이 차단되므로, 이때에는 에어컨 콤프레서가 구동되지 않게 된다.

한편, 차량의 알터네이터(17)는 엔진의 가동 중에 크랭크 풀리로부터 벨트를 통해 동력을 전달받아 구동되면서 발전을 하게 된다.

이렇게 발전된 전기는 배터리(18)를 충전시켜주는 동시에 주행 중 각종 전기장치에 공급된다.

미설명 부호 19는 이그니션 스위치이고, 20은 퓨즈이다.

엔진의 회전수가 일정치(예를 들면, 800∼900rpm) 이하일 경우에는 발전기능이 약해져 배터리를 충전시키기 못하므로, 이때에는 배터리의 전기를 빼내서 각종 전기장치로 전기를 빼내어 사용하게 되고, 다시 엔진의 회전수가 일정치(900∼2,100rpm) 이상이 되면, 알터네이터의 정상적인 구동으로 배터리를 충전시키게 되며, 전기장치에 전기를 공급하게 된다.

그러나, 엔진의 회전수가 일정치(2,100rpm) 이상으로 고회전하거나, 그 이하에서도 배터리의 충전이 충분하거나, 전기장치의 사용전기량이 적거나 하는 경우에는 알터네이터에서 발전된 여유분의 전기는 쓸모가 없어지게 되므로, 그냥 방전시켜버리게 된다.

다시 말해, 알터네이터가 엔진의 저회전시에는 배터리의 충전과 전기장치의 전원공급을 수행하지만, 엔진의 고회전시에는 과도한 발전 잉여분의 전기를 그냥 방전시키는 비효율적인 면이 있다.

상술한 바와 같이, 에어컨 콤프레서가 작동하여 내부의 피스톤들이 냉매를 압축한다는 것은 엔진의 회전동력이 벨트를 거쳐서 에어컨 콤프레서를 구동시켜준다는 것이므로, 결국 엔진의 동력이 소모된다는 것을 의미한다.

에어컨의 작동시 엔진의 소모동력은 매우 크기 때문에 엔진 출력의 3∼5% 정도 감소하며, 엔진의 회전수가 높아지면 엔진 출력도 증가하지만, 이에 따라서 에어컨 콤프레서의 구동속도도 함께 빨라지므로, 결국 엔진 회전수에 비례하여 에어컨 콤프레서의 구동으로 인한 엔진의 출력도 동일한 비율로 소모된다.

물론, 에어컨 콤프레서가 구동하지 않으면 엔진 출력은 당연히 소모되지 않으며, 또한 배기량이 작은 엔진일수록 엔진에 걸리는 부하는 배기량이 큰 엔진보다 상대적으로 크게 작용하게 된다.

위에서 언급한 바와 같이, 알터네이터도 엔진의 가동시에는 벨트를 통해 항상 회전되면서 발전을 하게 되고, 엔진이 고회전을 하면 알터네이터도 동일한 비율로 고회전을 하게 되면서 이때의 발전되는 전기량도 증가하게 된다.

알터네이터가 갖고 있는 비효율적인 문제는 일정치 이상의 고회전 영역에서는 발전된 전기의 사용량보다는 방전시켜버리는 전기량이 훨씬 많다는데 있다.

즉, 발전은 불가피하지만 고회전에서는 불필요한 양을 방전시킨다는데 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 엔진의 고회전시 에어컨 콤프레서의 마그네틱 클러치를 OFF 하여 엔진의 동력소모를 방지하는 동시에 이때의 알터네이터로부터 얻어지는 잉여전기로 에어컨 콤프레서를 구동시키는 방식을 채용함으로써, 에어컨 콤프레서의 구동과 관련한 엔진의 출력저하를 막고 알터네이터의 잉여전기를 효율적으로 활용할 수 있도록 한 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 알터네이터로부터 공급되는 전원을 받아 구동하는 에어컨 컴프레서 구동모터와, 모터축과는 나선형 기어조합으로 조립되면서 콤프레서축과 축방향 기어조합으로 선택 치합가능한 슬라이딩 기어 및 이것의 복원을 위한 리턴스프링과, 소정의 신호를 입력받아 구동모터로 공급되는 전원을 단속하여 이를 제어하는 동시에 에어컨 콤프레서측의 마그네틱 클러치를 제어하는 컨트롤러 및 구동모터측의 배선에 장착되는 파워릴레이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤러는 엔진의 가동 및 에어컨 가동의 조건 하에서 이베퍼레이터의 온도가 일정치 이상이고 엔진의 회전수가 일정치 이상이면 파워릴레이를 ON 작동시켜 알터네이터의 잉여전기를 에어컨 콤프레서 구동모터로 공급하는 제어로직을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤러의 제어신호 출력을 위한 온도 조건은 4℃ 이상이고 회전수 조건은 2,100rpm 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬라이딩 기어는 콤프레서축과의 치합을 위한 이동시 그 안내를 받을 수 있는 가이드수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 에어컨 콤프레서 구동장치를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치를 나타내는 개략도

도 3a,3b는 본 발명의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치에서 슬라이딩 기어의 결합 및 분리상태를 보여주는 단면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 에어컨 콤프레서 풀리 11 : 벨트

12 : 마그네틱 클러치 13 : 온도감지센서

14 : 에어컨 콤프레서 15 : 에어컨 작동스위치

16 : 컨트롤 유니트 17 : 알터네이터

18 : 배터리 19 : 이그니션 스위치

20 : 퓨즈 21 : 에어컨 콤프레서 구동모터

22 : 모터축 23 : 슬라이딩 기어

24 : 콤프레서축 25 : 나선형기어

26 : 축방향기어 27 : 리턴스프링

28 : 파워릴레이 29 : 회전수감지센서

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이, 엔진의 가동시 발생하는 동력에 의해 구동되는 에어컨 콤프레서(14)와 알터네이터(17)가 구비되고, 배터리(18)는 알터네이터(17)에 의해 충전되는 회로구성을 갖게 되며, 배터리(18)와 컨트롤러(16) 사이의 회로상에는 에어컨 작동스위치(15), 이그니션 스위치(19) 및 퓨즈(20)가 배치된다.

상기 컨트롤러(16)에는 에어컨 작동스위치(15)의 ON/OFF 신호와, 이베퍼레이터에 부착되는 온도감지센서(13)의 신호와, 엔진의 회전수를 감지하는 회전수감지센서(29)의 신호가 입력된다.

컨트롤러(16)에서 위와 같은 신호들을 입력받아 계산한 다음, 에어컨 작동스위치(15)가 ON 되고, 온도가 일정치 이상(4℃ 이상)이며, 엔진의 회전수가 일정치이하(800∼900rpm 이하)일 경우에는 에어컨 콤프레서(14)의 마그네틱 클러치(12)로 전원이 인가되어 에어컨 콤프레서(14)가 작동된다.

위의 조건 중에서 온도가 일정치 이하이면 마그네틱 클러치(12)로 인가되던 전원이 차단되면서 에어컨 콤프레서(14)의 작동이 일시 정지된다.

에어컨 작동스위치(15)의 OFF 조건이면, 당연히 에어컨 콤프레서(14)의 마그네틱 클러치(12)에 전원이 인가되지 않게 되므로, 에어컨 콤프레서(14)는 작동을 하지 않게 된다.

한편, 에어컨 작동스위치(15)가 ON 되고, 온도가 일정치 이상이며, 엔진의 회전수가 일정치 이상일 경우에는 에어컨 콤프레서(14)의 마그네틱 클러치(12)로 인가되던 전원이 차단되면서 에어컨 콤프레서(14)는 작동을 멈추게 되는데, 이때 컨트롤 유니트(16)의 제어에 의해 파워릴레이(28)로 전원이 인가되면서 릴레이 내부 접점이 ON 되고, 이와 동시에 알터네이터(17)로부터 출력되는 과잉전기가 에어컨 콤프레서 구동모터(21)에 인가되므로, 에어컨 콤프레서 구동모터(21)의 가동에 의해 에어컨 콤프레서(14)가 작동된다.

여기서, 에어컨 작동스위치(15)가 ON 되고, 온도가 일정치 이하이며, 엔진 회전수가 일정치 이상일 경우에는 에어컨 콤프레서(14)의 마그네틱 클러치(12)로 인가되던 전원이 차단되는 동시에 파워릴레이(28)로 인가되던 전원도 함께 차단되므로, 과저온으로 인한 동결을 방지할 수 있다.

상기 파워릴레이(28)는 컨트롤 유니트(16)로부터 전원이 입력되면 내부 접점이 전자석화로 접촉하여 알터네이터(17)로부터 인입되는 과잉전기를 에어컨 콤프레서 구동모터(21)로 공급할 수 있고, 컨트롤 유니트(16)로부터 전원이 차단되면 내부 접점은 전자석이 해제되어 접점이 떨어지면서 에어컨 콤프레서 구동모터(21)로 과잉전기를 공급할 수 없다.

이때에는 파워릴레이(28)의 내부에 설치된 자가방전장치(미도시)가 작동하여 과잉전류를 방전시켜줄 수 있게 된다.

상기 에어컨 콤프레서 구동모터(21)는 에어컨 콤프레서(14)와 일직선상에 놓여지면서 서로 간의 동력전달이 가능하게 된다.

위의 동력전달을 위한 수단으로 슬라이딩 기어(23)가 제공된다.

상기 슬라이딩 기어(23)의 몸체는 원통형의 파이프로 이루어져 있으며, 파이프의 내면에는 길이중간을 기준하여 한쪽은 나선형기어(25)가 형성되어 있고, 반대쪽은 축방향기어(26)가 형성되어 있다.

상기 슬라이딩 기어(23)는 나선형기어(25)를 이용하여 역시 나선형기어(25)를 갖는 모터축(22)과 결합되어 축방향으로 나선운동을 하면서 이동이 가능하게 되고, 모터축(22)과는 각각의 플랜지 또는 스냅링을 통해 고정되는 리턴스프링(27)에 의해 연결되어 외력이 없어지면 모터축(22)측으로 수납될 수 있게 된다.

따라서, 도 3b에 도시한 바와 같이, 에어컨 콤프레서 구동모터(21)가 가동하게 되면 슬라이딩 기어(23)는 원심력에 의해 모터축(22)을 타고 나선운동을 하면서 튀어나가게 되고, 이렇게 이동된 슬라이딩 기어(23)의 축방향기어(26)와 콤프레서축(24)의 축방향기어(26)가 서로 맞물리게 되므로, 에어컨 콤프레서 구동모터(21)의 동력에 의해 에어컨 콤프레서(14)가 구동될 수 있게 된다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 에어컨 콤프레서 구동모터(21)의 동력이 끊어지면 리턴스프링(27)에 의해 슬라이딩 기어(23)는 원래의 상태로 복원된다.

좀더 바람직하게는 슬라이딩 기어(23)의 주변에 가이드 수단 예를 들면, 슬라이딩 기어(23)와 나란하게 배치되면서 그 바깥면을 슬라이드 가능한 구조로 잡아줄 수 있는 가이드 레일 등과 같은 수단을 구비하여 슬라이딩 기어(23)의 이동을 정확하게 안내할 수 있도록 하는 것이 좋다.

또한, 슬라이딩 기어(23)와 콤프레서축(24)의 축방향기어(26)는 끝부분을 챔퍼링 처리하여 기어가 서로 맞물릴 때 결합이 원활히 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

에어컨 콤프레서 구동모터(21)로 공급되던 전기가 차단되면 콤프레서축(26)에 결합된 슬라이딩 기어(23)는 모터축(22)의 정지에 의해 이때까지 작용되던 원심력이 해제되면서 리턴스프링(27)의 당기는 힘에 의해 콤프레서축(24)으로부터 분리된다.

만일, 에어컨 콤프레서 구동모터(21)가 작동하지 않고 에어컨 콤프레서(14)도 작동하지 않는 상태에서 슬라이딩 기어(23)가 콤프레서축(24)에 결합된 상태로 있는 경우, 이때는 에어컨 콤프레서 구동모터(21)와 에어컨 콤프레서(14)가 모두 정지된 상태이므로, 아무런 문제가 없게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 엔진의 고회전시 에어컨 콤프레서의 마그네틱 클러치를 OFF 하여 엔진의 동력소모를 방지하면서 이때의 알터네이터로부터 얻어지는 잉여전기로 에어컨 콤프레서를 구동시킬 수 있는 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치를 제공함으로써, 에어컨 콤프레서의 구동과 관련한 엔진의 출력저하를 막을 수 있는 효과와, 알터네이터의 잉여전기를 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 엔진의 동력을 이용하는 에어컨 콤프레서 구동장치에 있어서,

   알터네이터로부터 공급되는 전원을 받아 구동하는 에어컨 컴프레서 구동모터(21)와, 모터축(22)과는 나선형 기어조합으로 조립되면서 콤프레서축(24)과 축방향 기어조합으로 선택 치합가능한 슬라이딩 기어(23) 및 이것의 복원을 위한 리턴스프링(27)과, 소정의 신호를 입력받아 구동모터(21)로 공급되는 전원을 단속하여 이를 제어하는 동시에 에어컨 콤프레서(14)측의 마그네틱 클러치(12)를 제어하는 컨트롤러(16) 및 구동모터(21)측의 배선에 장착되는 파워릴레이(28)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 컨트롤러(16)는 엔진의 가동 및 에어컨 가동의 조건 하에서 이베퍼레이터의 온도가 일정치 이상이고 엔진의 회전수가 일정치 이상이면 파워릴레이를 ON 작동시켜 알터네이터의 잉여전기를 에어컨 콤프레서 구동모터로 공급하는 제어로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 컨트롤러(16)의 제어신호 출력을 위한 온도 조건은4℃ 이상이고 회전수 조건은 2,100rpm 이상인 것을 특징으로 하는 차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 슬라이딩 기어(23)는 콤프레서축(24)과의 치합을 위한 이동시 그 안내를 받을 수 있는 가이드수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 가변식 에어컨 콤프레서 구동장치.